煉鋼生產(chǎn)中脫氧工藝分析

梁金鵬

（甘肅酒鋼集團宏興鋼鐵股份有限公司安全環(huán)保處，甘肅 嘉峪關(guān) 735100）

1 氧的產(chǎn)生與危害

在煉鋼生產(chǎn)所產(chǎn)生的鋼液中，氧一般以非金屬夾雜物、溶解氧的形式存在，這種形式主要是由于煉鋼生產(chǎn)中原料的特殊性與吹氧煉鋼生產(chǎn)等造成的。在煉鋼生產(chǎn)中，無論采用何種生產(chǎn)方式，在去除鋼中雜質(zhì)中，都需要借助于氧氣與這些元素的反應(yīng)來實現(xiàn)，通過氧氣與雜質(zhì)元素的反應(yīng)，生成氧化反應(yīng)物，析出雜質(zhì)。在吹氧冶煉中，鋼液中氧的含量是隨著其他雜質(zhì)元素的含量而變化的，二者成負向變化的關(guān)系，雜質(zhì)含量低，鋼液中氧的含量反而較高，一旦沒有進行必要的脫氧處理，含氧量較高的鋼液在冷凝固中，氧會與鋼液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使得其析出FeO，這種反應(yīng)現(xiàn)象大大降低了鋼產(chǎn)品的質(zhì)量，使得鋼的塑性降低，極易出現(xiàn)熱脆現(xiàn)象，還會加大其氧化的概率。如果鋼液中含有的氧較多，還會加大硫的危害，使得氧可以與鋼液中的其他物質(zhì)連續(xù)發(fā)生反應(yīng)，形成氧化產(chǎn)物，這些氧化產(chǎn)物的出現(xiàn)大大降低了鋼產(chǎn)品的物理與化學(xué)性能。

2 脫氧技術(shù)的現(xiàn)狀

近年來，煉鋼生產(chǎn)中的轉(zhuǎn)爐煉鋼脫氧工藝中，鋁依然是最常用到的脫氧劑，但是其回收利用率在10%～25%之間，利用效率低，因此，大大提高了煉鋼生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)成本，有些煉鋼企業(yè)為了有效解決此類問題，逐步研發(fā)了一些鋁系的復(fù)合脫氧劑，比如硅鋁鐵、鋁錳鐵等。一般情況下，這些復(fù)合脫氧劑的密度要遠遠高于純鋁，將其倒入鋼液以后，有足夠的上浮時間，因此，能夠大大提高其回收利用效率，脫氧以后會形成低熔點的復(fù)合氧化物，因此，可以達到理想的脫氧效果。鋁脫氧以后，會產(chǎn)生大量的氧化鋁，這種物質(zhì)的存在會大大降低鋼材的性能，尤其是鋼材的抗疲勞性能。

3 煉鋼生產(chǎn)中脫氧工藝

3.1 真空脫氧法

真空脫氧法需要使鋼液處于真空狀態(tài)下，打破原有鋼液中的碳氧平衡，使得在此過程中，碳元素可以與氧充分反應(yīng)，生成一氧化碳，析出鋼液中，從而達到脫氧處理的目的。當(dāng)RH爐真空度在1mbar時，理論上碳的脫氧能力大于鋁的脫氧能力，但實際上，由于RH處理過程中，鋼水與爐渣，及耐材等相接觸，后者會不斷向鋼水中供氧，使[O]升高，此外達平衡值需要很長時間。鑒于此，實際生產(chǎn)中，采用在較高的壓力下（低真空度），通過碳脫氧，將[O]降至一定水平后，再用鋁進行終脫氧，這樣既能節(jié)約了合金，又提高了質(zhì)量。真空脫氧產(chǎn)物是一氧化碳，該物質(zhì)對于鋼液的污染較小，而此過程中所析出的一氧化碳氣泡還可以使得反應(yīng)更為充分，從而達到理想的脫氧效果。此種脫氧方式中，對于石灰與脫氧劑的使用較少，一定程度上實現(xiàn)了煉鋼成本的控制。

3.2 沉淀脫氧法

沉淀脫氧法的操作較為簡單，在鋼液中加入脫氧劑，使得脫氧劑可以與鋼液中的氧發(fā)生反應(yīng)，從而達到脫氧的效果，在這種脫氧方式中，操作極為簡單，具有高效的優(yōu)點，并且此脫氧工藝應(yīng)用中對于冶煉時間等的影響較小。但是，這種脫氧處理中，對于脫氧產(chǎn)物的排除等的技術(shù)性要求較高，如果脫氧產(chǎn)物不能有效排除，就會鋼液繼續(xù)反應(yīng)，從而造成鋼液的污染。沉淀脫氧法是指將脫氧劑直接加入鋼水，脫氧劑與氧結(jié)合生成穩(wěn)定的氧化物，氧化物和鋼水分離不斷的上浮，降低鋼水的氧。鋼中的氧可以看做是以FeO的形式存在，凡是與氧的親和力大于FeO的元素，都能FeO中把氧置換出來，從而生成穩(wěn)定的氧化物，從鋼水中分離出來，上浮到渣中，起到脫氧的作用。

酒鋼碳鋼薄板廠120噸轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程采取沉淀脫氧的方法。卷板類產(chǎn)品一般采取Al脫氧的工藝，因為Al與氧的親和力大于Fe與氧的親和力，使用Al脫氧，可以將鋼水中的氧置換出來，生成Al2O3并上浮。轉(zhuǎn)爐出鋼過程加入脫氧合金(成分如表1)，達到沉淀脫氧的目的，現(xiàn)場隨機抽查100爐鋼水，對脫氧相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，具體情況如表2。

表1 脫氧合金的成分表

表2 脫氧數(shù)據(jù)統(tǒng)計表

通過鋁系合金的加入，可以計算出合金的收得率，反應(yīng)出脫氧效果及脫氧深度。同時，對于轉(zhuǎn)爐底吹參數(shù)的優(yōu)化，也可以有效降低鋼水的氧含量，降低脫氧合金的使用量，同時也可以根據(jù)轉(zhuǎn)爐爐齡合理調(diào)整轉(zhuǎn)爐底吹透氣磚流量，降低冶煉終點自由氧控制水平，進一步降低鋼終點氧含量，提高鋼水純凈度。

表3 精煉爐擴散脫氧數(shù)據(jù)

3.3 擴散脫氧法

擴散脫氧法需要在爐渣中添加脫氧劑，通過此種方式來降低爐渣中氧化鐵的含量，以實現(xiàn)氧化鐵從鋼液到爐渣中的轉(zhuǎn)移。比如通過人為操作實現(xiàn)氧化亞鐵含量的減少，從而使得鋼液中的氧化亞鐵的自動擴散。因此，從這個方面來講，鋼液中的碳含量并不是影響熔池中含氧量的主要因素，反而是爐渣中氧化鐵的含量才是決定熔池中含氧量的主因。

具體來講，可以將氧化鐵含量較低的合成渣放入鋼包中，使得其可以與鋼液等加以混合，實現(xiàn)氧化鐵的擴散。擴散脫氧又可以分為爐內(nèi)與鋼包脫氧兩種。前者主要是指在爐渣中添加脫氧劑，這種脫氧方式的優(yōu)勢在于其對于鋼液所產(chǎn)生的污染較小，避免了對合金元素、脫氧劑等的燒損現(xiàn)象，但是，該種脫氧方式的擴散慢、效率低、爐襯壽命短。

目前酒鋼碳鋼薄板廠精煉爐脫氧工藝主要采用復(fù)合脫氧工藝，即擴散脫氧和沉淀脫氧相結(jié)合的方式進行鋼水精煉處理，通過采用：渣中氧化鐵+鋼渣改制劑/鋼中Als的方式進行精煉脫氧。根據(jù)現(xiàn)場實際生產(chǎn)情況，通過優(yōu)化脫氧工藝，低碳鋼生產(chǎn)以沉淀脫氧為主，擴散脫氧為輔，中碳鋼提高鋼渣改制劑使用比例，擴散脫氧劑以改質(zhì)剤為主，鋼中Als為輔。對現(xiàn)場隨機抽樣100爐鋼水進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，精煉爐通過采用擴散脫氧精煉方式，鋼水質(zhì)量滿足要求。具體數(shù)據(jù)如表3。

4 結(jié)束語

就脫氧工藝而言，三種脫氧方式各有各的優(yōu)點與缺點，在實際的脫氧工藝選擇上，各個煉鋼企業(yè)需要結(jié)合自身生產(chǎn)的實際情況，選擇對自身而言效益最好的脫氧方式，以提升煉鋼企業(yè)的生產(chǎn)水平，實現(xiàn)其經(jīng)濟社會效益。